[과학칼럼] 김제완 서울대교수 .. 중립자 이야기

30여년전 미국 땅으로서는 처음 밟아본 앵커리지에서의 인상은 무엇이든지
크기만 하다는 것이었다.

비행장주위에 있는 침엽수도 우리나라의 소나무와는 달리 꼿꼿하게 하늘을
찌를듯 높고 크고 주위에 있는 집들 그리고 사람들까지 모두 크다는
느낌이었다.

그런 미국에서 지금 그 광활한 텍사스 벌판에 둘레가 87 나되는 초대형
과학기기를 건설하고 있다. "초가속기"라고 불리는 이 기기를 쓰면
원자속의 저 깊숙한 곳에 있는 티끌보다 작은 물질의 궁극적인 기본요소인
"소립자"들의 본질을 알아낼수 있다고 한다.

물리학자들은 이세상의 모든 것들이 이 소립자의 집합으로 구성되어
있다고 자신있게 말하고 있다. 봄의 화사함을 느끼게 하는
아지랑이도,우뚝 솟은 북한산도,그리고 한강의 늠름한 물줄기도 사실은 몇
종류밖에 안되는 소립자들의 집합이라고 생각하고 있다.

얼핏 생각하면 이상하게 느껴지지만 조금만 더 생각하면 그렇게 허황한
것이 아님을 곧 알수 있다.

익숙하게 접하는 책을 비유하여 소립자를 설명해 보도록 하자. 누구나
도서관에 들어서면 그 많은 책들이 눈에 들어온다. 서가에 꽂혀있는
책들은 크고 작은것,투껍고 얇은것,어려운 법률서적과 재미있는 소설에
이르기까지 다양하기 그지없다.

마치 구름과 바위, 우뚝솟은 북한산과 늠름한 한강이 그렇게 다양한
자연의 풍경을 이루듯.

아무리 다양한 책들이라도 펼쳐보면 어느 책이든 공통점이 있다. 모든
책은 1장 2장등 장으로 이루어져 있고 그 장은 절로, 그 절은 문장으로
이루어져 있고,문장은 또다시 단어로 이루어져 있다. 그 단어는 모두가
공통으로 문자인 등으로 이루어져 있다.

이처럼 복잡한 자연도 100여종의 원소로 이루어져 있고 그 원소는 또다시
분자로,그 분자는 원자로 이루어져 있으며 원자는 원자핵과 전자로써
이루어져 있다.

이 원자핵들을 다시 파괴하여 보면 더 작은 구조물인 양성자및 중성자들로
이루어져 있음을 알수 있다.

이러한 핵의 구성요소들을 서로 연결하여 단단한 뭉치로 묶여있도록 하는
힘이 있는데 이를 강한힘(Strong force)또는 핵력이라고 하는데 이러한
핵력을 발휘하는 입자들을 중립자(hadron)라고 물리학자들은 부르고 있다.

반면에 전자는 이러한 핵력을 지니고 있지않으며 대표적인 중립자인
양성자(수소원자의 핵)에 비하여 2천분의 1정도 가볍기 때문에
경입자(Lepton)라고 불리고 있다.

물리학자들은 양성자나 중성자 같은 중립자도 사실은 "쿼크"라고 하는
궁극적인 기본입자로써 이루어져 있다고 생각하고 있다. 또다시 비유를
한다면 , , , 등의 문자는 한글인 경우 24개,영어인 경우는 26개이지만
사실상 단두개인 0과1로써 표시될수 있다는 것은 잘알려져 있다. 컴퓨터를
아는 사람이면 모든 문자는 0과1로써 표시된다는 것을 잘 알것이고
"구세대"의 사람들은 그 옛날 전보를 칠때 쓰던 모르스신호를
생각하면된다.

쿼크는 바로 자연의 0과1에 해당되는 것이며 이 쿼크로 이루어진 모든
입자를 중립자라고 한다.

지금 텍사스에 건설되는 대형 과학기기인 초가속기가 완성되면 중립자를
이루고 있는 쿼크와 그들을 묶어주고 있는 그 힘의 원인을 이해할수
있으리라고 물리학자들은 생각하고 있다.

그 막강한 초가속기는 작고 짧은 순간이지만 태초의 우주조차 인공적으로
만들수 있다고 믿어지며 과학자들은 우주탄생의 그 순간을 재현할수
있다는 꿈에 부풀어서 초가속기가 완성되는 날을 고대하고 있다.